KR102636714B1 - 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 - Google Patents
광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102636714B1 KR102636714B1 KR1020210105598A KR20210105598A KR102636714B1 KR 102636714 B1 KR102636714 B1 KR 102636714B1 KR 1020210105598 A KR1020210105598 A KR 1020210105598A KR 20210105598 A KR20210105598 A KR 20210105598A KR 102636714 B1 KR102636714 B1 KR 102636714B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- target
- image
- ultrasonic
- photoacoustic
- laser
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 34
- 238000012285 ultrasound imaging Methods 0.000 title claims 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 75
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 60
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 36
- 210000004204 blood vessel Anatomy 0.000 claims description 36
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims description 29
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 claims description 22
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 claims description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 20
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 5
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 4
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 25
- 238000007920 subcutaneous administration Methods 0.000 description 5
- XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N Melanin Chemical compound O=C1C(=O)C(C2=CNC3=C(C(C(=O)C4=C32)=O)C)=C2C4=CNC2=C1C XUMBMVFBXHLACL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 210000004088 microvessel Anatomy 0.000 description 3
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 1
- 244000309466 calf Species 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 206010033675 panniculitis Diseases 0.000 description 1
- 208000030613 peripheral artery disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 1
- 210000004304 subcutaneous tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4416—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to combined acquisition of different diagnostic modalities, e.g. combination of ultrasound and X-ray acquisitions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0033—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room
- A61B5/0035—Features or image-related aspects of imaging apparatus classified in A61B5/00, e.g. for MRI, optical tomography or impedance tomography apparatus; arrangements of imaging apparatus in a room adapted for acquisition of images from more than one imaging mode, e.g. combining MRI and optical tomography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0093—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy
- A61B5/0095—Detecting, measuring or recording by applying one single type of energy and measuring its conversion into another type of energy by applying light and detecting acoustic waves, i.e. photoacoustic measurements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0833—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving detecting or locating foreign bodies or organic structures
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0858—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings involving measuring tissue layers, e.g. skin, interfaces
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0875—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of bone
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0891—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of blood vessels
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4477—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device using several separate ultrasound transducers or probes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5215—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data
- A61B8/5238—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for combining image data of patient, e.g. merging several images from different acquisition modes into one image
- A61B8/5261—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving processing of medical diagnostic data for combining image data of patient, e.g. merging several images from different acquisition modes into one image combining images from different diagnostic modalities, e.g. ultrasound and X-ray
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Public Health (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Gynecology & Obstetrics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Rheumatology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
본 실시예에 의한 광음향 및 초음파 이미징 장치는 레이저를 형성하는 레이저 광원부; 초음파 생성 신호를 형성하는 초음파 원; 상기 레이저를 제공받고 표적에 조사하는 레이저 조사부와, 상기 초음파 생성 신호를 제공받고 초음파를 상기 표적에 조사하고, 상기 표적에서 형성 및 반사된 광음향 및 초음파 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 이미징 프로브; 및 상기 초음파 트랜스듀서가 검출한 광음향 및 초음파 신호로부터 상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지와 상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 연산부를 포함한다.
Description
본 기술은 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법과 관련된다.
말초 혈관 영상은 말초 동맥 질환 환자의 혈액 순환을 평가하는 데 중요하다. 도플러 초음파(Doppler ultrasonic) 영상, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 또는 자기 공명(MR) 혈관 조영술과 같은 여러 혈관 영상 기술이 임상에서 시술되나 일반적으로 미세 혈관을 시각화하기 위한 공간 해상도가 부족하다. 또한 단층 촬영(CT) 및 자기 공명(MR) 혈관 조영술은 혈관을 영상화하기 위해 조영제를 주입해야 하므로 정기 검진에 적합하지 않다. 도플러 초음파 기법은 상대적으로 안전하나 해상도가 낮다.
본 실시예는 초음파 영상의 구조 정보를 활용하여 높은 해상도의 듀얼 모드 광음향(PA, photoacoustic) 영상 /초음파 영상을 이용한 이미지를 제공하기 위한 것이다.
본 실시예에 의한 광음향 및 초음파 이미징 장치는 레이저를 형성하는 레이저 광원부; 초음파 생성 신호를 형성하는 초음파 원; 상기 레이저를 제공받고 표적에 조사하는 레이저 조사부와, 상기 초음파 생성 신호를 제공받고 상기 표적에 조사하고 상기 표적에서 형성 및 반사된 광음향 및 초음파 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 이미징 프로브; 및 상기 초음파 트랜스듀서가 검출한 광음향 및 초음파 신호로부터 상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지와 상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 연산부를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 이미징 프로브는 상기 표적의 윤곽에 따라 이동하여 상기 레이저와 상기 초음파를 조사한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 레이저 광원부는 서로 다른 두 개 이상의 파장의 레이저를 형성하여 제공한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지는 상기 표적 내의 혈관에 대한 이미지이다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지는 상기 표적 내의 혈관에 대한 이미지, 상기 표적의 피부 이미지 및 상기 표적의 뼈 이미지 중 어느 하나 이상이다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 초음파 트랜스듀서는, 상기 초음파를 상기 표적에 제공하는 어레이로 배치된 복수개의 트랜스듀서를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 광음향 및 초음파 이미징 장치는 거리 센서를 더 포함하며, 상기 거리 센서는 상기 레이저를 상기 표적에 조사하기 이전에 상기 표적과의 거리를 검출하여 상기 표적의 윤곽에 대한 프로파일을 형성한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 초음파 원은 상기 광원과, 상기 초음파 트랜스듀서(transducer)를 제어하여 조사되는 상기 초음파와 상기 레이저가 동기화하여 조사되도록 제어한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 광음향 및 초음파 이미징 장치는, 상기 표적이 배치되는 검사대를 더 포함하며, 상기 검사대는 상기 표적을 고정하는 표적 고정부와, 상기 이미징 프로브를 상기 표적위에 배치 및 이동시킬 수 있는 이동 구조 및 상기 표적과 상기 이미징 프로브 사이에 초음파 및 광음향 신호를 전달할 수 있는 매질이 채워진 컨테이너를 포함한다.
본 실시예의 표적의 광음향 이미지 및 초음파 이미지를 형성하는 방법은: (a) 상기 표적의 윤곽 프로파일을 형성하는 단계와, (b) 상기 윤곽 프로파일에 따라 상기 표적에 레이저 광과 초음파를 제공하는 단계 및 (c) 상기 레이저 광과 상기 초음파에 의해 발생한 광음향 및 초음파 신호를 검출하여 상기 표적의 상기 광음향 이미지 및 상기 초음파 이미지를 형성하는 단계를 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (a)단계는, 초음파 트랜스듀서 및 거리 센서 중 어느 하나로 상기 표적과의 거리를 연산하여 상기 표적의 윤곽 프로파일을 형성한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (b) 단계는, 상기 표적과 상기 초음파 트랜스듀서 사이의 거리를 일정하게 유지하여 수행하고, 상기 표적과 상기 레이저 조사부 사이의 거리를 일정하게 유지하여 수행한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (b) 단계는, 상기 표적의 전체에 대한 윤곽 프로파일을 형성한 후 수행된다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (a) 단계는, 상기 표적의 일정 영역에 대하여 수행되고, 상기 (b) 단계는, 상기 일정 영역에 대한 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 수행된다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 표적의 상기 광음향 이미지를 형성하는 단계는, 주변 조직에 대한 배경 신호를 검출하는 단계와, 상기 배경 신호의 대푯값을 연산하는 단계 및 상기 배경 신호의 대푯값으로부터 상기 표적의 영상을 보상하여 수행한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 대푯값은 상기 배경 신호 밝기의 평균값이다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 표적의 영상을 보상하는 단계는 상기 대푯값을 상기 표적의 영상의 각 픽셀값에서 나누어서 수행한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (b) 단계는 상기 초음파와 상기 레이저는 동기화하여 조사되어 수행된다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 (b) 단계는 서로 다른 파장을 가지는 두 개 이상의 레이저 광을 조사하여 수행하고, 상기 (c) 단계는, 조사된 상기 서로 다른 파장을 가지는 두 개 이상의 레이저 광에 의한 광음향 이미지를 형성한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법은, (d) 상기 광음향 및 초음파 이미지로부터 헤모글로빈 농도, 혈중 산소포화도, 혈관 분포 밀도 및 혈관 깊이에 대한 수치를 산출하는 단계를 더 포함한다.
본 실시예의 어느 한 측면에 의하면, 상기 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법은, (d) 상기 광음향 및 초음파 이미지로부터 헤모글로빈 농도, 혈중 산소포화도, 혈관 분포 밀도 및 혈관 깊이에 대한 수치를 산출하는 단계를 더 포함한다.
본 실시예에 의하면, 다양한 구조 이미지 (예 : 피부, 뼈, 혈관)를 광음향 혈관 이미지와 결합하여 추출하여 다중 구조 이미지를 제공한다. 또한, 윤곽 스캔 기법을 이용하여 표적의 윤곽을 따라 스캔을 수행하여 이미지 해상도를 향상시킬 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치(1)의 개요를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 실시예에 의한 광음향, 초음파 이미징 방법의 개요를 도시한 순서도이다.
도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)는 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치의 동작을 개요적으로 도시한 도면이다.
도 4(a)는 초음파 체적 이미지로부터 피부 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 4(b)는 초음파 체적 이미지로부터 뼈 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 4(c)는 초음파 체적 이미지로부터 혈관 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 표적(T)인 발의 미세혈관에 대한 광음향 이미지를 도시한 예이다.
도 6(a)는 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이다. 도 6(c) 좌측의 도면은 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다. 도 6(d) 좌측의 도면은 본 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다.
도 7(a)는 종래 기술의 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)를 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 표적(T) 내 조직 영상을 보상한 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)를 나타낸 도면이다.
도 8은 서로 다른 네명으로부터 본 실시예 따라 다섯 번 측정하고 평균값을 얻어서 도시한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 혈관 밀도(vessel density) 및 평균 깊이(mean depth)를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 의한 광음향, 초음파 이미징 방법의 개요를 도시한 순서도이다.
도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)는 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치의 동작을 개요적으로 도시한 도면이다.
도 4(a)는 초음파 체적 이미지로부터 피부 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 4(b)는 초음파 체적 이미지로부터 뼈 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 4(c)는 초음파 체적 이미지로부터 혈관 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 표적(T)인 발의 미세혈관에 대한 광음향 이미지를 도시한 예이다.
도 6(a)는 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이다. 도 6(c) 좌측의 도면은 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다. 도 6(d) 좌측의 도면은 본 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다.
도 7(a)는 종래 기술의 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)를 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 표적(T) 내 조직 영상을 보상한 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)를 나타낸 도면이다.
도 8은 서로 다른 네명으로부터 본 실시예 따라 다섯 번 측정하고 평균값을 얻어서 도시한 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 혈관 밀도(vessel density) 및 평균 깊이(mean depth)를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예를 설명한다.
도 1은 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치(1)의 개요를 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 광음향/초음파 이미징 장치(1)는, 레이저를 형성하는 레이저 광원부(120)와, 초음파 생성 신호를 형성하는 초음파 원(142)과, 상기 레이저를 제공받고 표적에 조사하는 레이저 조사부(220)와, 상기 초음파 생성 신호를 제공받고 초음파를 상기 표적에 조사하고, 상기 표적에서 형성된 광음향 및 초음파 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서(transducer, 240)를 포함하는 이미징 프로브(220); 및 상기 초음파 트랜스듀서(240)가 검출한 초음파 신호로부터 상기 레이저에 의한 상기 표적(T) 내 조직의 이미지와 상기 초음파에 의한 상기 표적(T) 내 조직의 이미지를 형성하는 연산부(146)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치(1)는 레이저 광원부(120)와 초음파 부(140)를 포함한다. 레이저 광원부(120)는 미리 정해진 파장을 가지는 레이저를 형성한다. 일 예로, 레이저 광원부(120)가 제공하는 레이저는 펄스 레이저로, 1Hz 내지 20Hz 중 어느 하나의 펄스 반복율을 가질 수 있다. 일 예로, 레이저 광원부는 제공하는 광을 제어할 수 있으며, 일 예로, OPOTEK 사의 Phocus Mobile 제품일 수 있다. 상기 레이저 광원부(120)는 서로 다른 파장을 가지는 복수의 레이저 광을 형성하여 제공할 수 있다.
초음파 부(140)는 초음파원(142)과 트랜스듀서(240)가 검출한 신호를 제공받고 이미징을 수행하는 연산부(146)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 연산부(146)는 초음파 부(140)에 포함된다. 그러나, 도시되지 않은 실시예에 의하면 연산부는 초음파 트랜스듀서가 검출한 신호를 제공받고, 이를 연산하여 영상을 형성하여 이미징을 수행하는 독립적인 구성요소일 수 있다.
초음파원(142)은 미리 정해진 주파수의 초음파를 형성하여 제공한다. 일 실시예로, 초음파원(142)이 제공하는 초음파는 중심 주파수 5.5MHz 내지 11.5Mhz의 주파수일 수 있다. 일 예로, 초음파원(140)는 Alpinion Medical Systems 사의 ECUBE 12R 장비일 수 있다.
레이저가 10Hz의 펄스 반복률을 가질 때, 연속적인 하나 이상의 레이저 펄스로부터 하나의 광음향 이미지를 얻을 수 있으므로 얻을 수 있는 프레임 속도는 광음향 및 초음파 (US) 이미지 모두에 대해 10Hz 이하이다. 다만, 이는 일 실시예로, 이보다 더 높거나 혹은 낮은 프레임율을 얻을 수 있다.
이미징 프로브(200)는 제공된 레이저를 표적에 제공하는 레이저 조사부(220)와 제공된 초음파를 표적(T)에 제공하는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서(240)를 포함한다. 일 실시예로, 레이저 조사부(220)는 레이저 광원부(120)와 연결된 복수의 광섬유 번들을 포함할 수 있으며, 표적(T)에 선형(linear)의 레이저를 조사한다. 또한, 초음파 트랜스듀서(240)는 어레이로 배치된 하나 이상의 트랜스듀서일 수 있으며, 일 예로, 어레이로 배치된 128개의 트랜스듀서이다. 이는 단순히 예시적인 개수이다. 초음파 트랜스듀서(240)는 초음파원(140)로부터 제공된 초음파 생성 신호를 제공받고, 이에 상응하여 초음파를 형성하고, 표적(T)에 제공한다. 초음파 트랜스듀서(240) 및 레이저 조사부(220)는 각각 제어부에 의하여 제어되는 모터 드라이브(미도시)에 의하여 이동할 수 있다.
이미징 프로브(200)에 포함된 초음파 트랜스듀서(240)와 레이저 조사부(220)는 레이저 조사부(220)가 제공한 레이저 빔과 초음파 트랜스듀서(240)가 제공한 초음파가 이미징 프로브(200) 아래 미리 정해진 위치에서 이미지 평면과 일치하도록 제공된다. 일 실시예로, 레이저 빔과 초음파는 이미징 프로브(200) 아래 10 내지 50mm 에서 서로 일치하도록 제공되며, 일 예로, 레이저 빔과 초음파는 표적 내 30mm에서 일치할 수 있다.
초음파 트랜스듀서(240)가 제공한 초음파는 표적(T)에 제공된다. 제공된 초음파에 의하여 표적(T)내의 조직, 구조에 상응하는 초음파 신호가 형성되어 표적(T) 외부로 제공된다.
레이저 조사부(220)가 표적(T)에 제공한 레이저 광은 표적(T) 내부의 조직에 흡수된다. 레이저 광을 흡수한 표적(T) 내의 조직은 조직에 상응하는 초음파 대역의 신호를 형성하여 표적(T) 외부로 제공한다.
표적(T)이 제공하는 초음파 신호들은 초음파 트랜스듀서(240)에 의하여 검출된다. 초음파 트랜스듀서(240)가 검출한 초음파 신호는 연산부(146)에 제공된다. 연산부(146)는 표적(T)에 제공된 레이저에 의하여 형성된 신호를 검출하고 일 예로 푸리에 영역 재구성(Fourier domain reconstruction) 기법을 이용하여 광음향 영상을 형성한다.
연산부(146)는 표적(T)에 제공된 초음파로부터 표적(T)에서 형성된 신호를 검출하여 일 예로 지연 및 합 빔 포밍(delay-and-sum beamforming)을 수행하여 초음파 영상을 재구성한다. 일 실시예로, 재구성된 광음향 영상 및 초음파 영상은 연산부(300)에서 영상 신호로 형성되어 표시되고 저장될 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 이미징 프로브는 표적과의 거리를 측정하여 표적의 윤곽선 프로파일을 얻을 수 있는 거리 센서를 더 포함할 수 있다.
상기한 구성을 가지는 광음향/초음파 이미징 장치(1)의 동작을 살펴본다. 도 2는 본 실시예에 의한 광음향, 초음파 이미징 방법의 개요를 도시한 순서도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예의 표적의 광음향 이미지 및 초음파 이미지를 형성하는 방법은: (a) 상기 표적의 윤곽 프로파일을 형성하는 단계(S100)와, (b) 상기 윤곽 프로파일에 따라 상기 표적에 레이저 광과 초음파를 제공하는 단계(S200) 및 (c) 상기 레이저 광과 상기 초음파에 의해 발생한 광음향 및 초음파 신호를 검출하여 상기 표적의 상기 광음향 이미지 및 상기 초음파 이미지를 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
초음파 트랜스듀서(240)로 표적(T)을 스캔하여 표적(T)의 윤곽선(contour)을 획득한다. 일 실시예로, 초음파 트랜스듀서(240)를 이용하여 초음파 피부 이미지를 획득한다. 윤곽선을 얻기 위하여 피부 이미지를 획득하는 과정을 신속하게 수행하기 위하여 피부 검출 과정을 단순화하는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 피부 검출 과정은 초음파 강도로 임계값 설정 및 boxcar 또는 중앙값 필터링을 사용한 평활화 과정으로 수행될 수 있다. 획득한 초음파 피부 이미지에서 X 방향의 중간값(median)을 선택하여 표적(T)의 높낮이에 상응하는 윤곽 프로파일을 획득한다.
획득한 표적(T)의 높낮이에 상응하는 윤곽 프로파일은 이미징 프로브(200)가 Y 방향의 정속 스캐닝을 수행하고 동시에 표적(T)의 높낮이에 따라 Z 방향으로 이동하도록 모터 드라이브(미도시)를 제어하는데 사용된다.
본 실시예에 의한 윤곽선 획득 단계는, 표적(T)의 광음향/초음파 이미징 단계 수행전에 이루어질 수 있다. 일 실시예로, 윤곽선 획득 단계 이후 이미징 단계가 수행될 수 있다. 즉, 표적(T)에 대한 윤곽선을 획득한 후, 획득한 윤곽선에 따라 광음향/초음파 이미징을 수행할 수 있다. 다른 실시예로, 표적(T)의 미리 정해진 일부에 대한 윤곽선을 획득한 후, 해당 윤곽선에 따라 해당 일부에 대한 광음향/초음파 이미징을 수행하고, 다시 윤곽선 획득 후 광음향/초음파 이미징을 수행하는 과정을 반복할 수 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 윤곽선 획득 단계는 거리 센서로 수행될 수 있다.
도 3(a), 도 3(b) 및 도 3(c)는 본 실시예에 의한 광음향/초음파 이미징 장치의 동작을 개요적으로 도시한 도면이다. 도 3(a), 도 3(b), 도 3(c)로 예시된 실시예에서, 표적(T)은 사람의 발인 경우를 예시한다. 다만, 이는 일 예일 따름이며, 발, 손, 허벅지, 종아리, 상박, 하박, 몸통 등 검출하고자 하는 대상을 표적(T)으로 정할 수 있다.
표적(T)은 검사대(미도시)에 배치되어 표적에 대한 이미징 작업이 수행될 수 있다. 검사대(미도시)는 이미징 과정에서 표적(T)을 고정하는 표적 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 검사대는 이미징 프로브(200)가 표적(T)위에서 이동하면서 이미징할 수 있는 레일, 프레임을 포함하는 이동 구조(미도시)를 포함할 수 있다. 이동 구조는 이미징 프로브(200)를 각각 X, Y, Z 축의 3 축 방향으로 움직일 수 있는 전동식 이동구조일 수 있다.
검사대(미도시)는 표적(T)을 매질에 침지하는 컨테이너(미도시)를 포함할 수 있으며, 컨테이너(미도시)에는 초음파 및 광음향 신호를 전달할 수 있는 매질로 채워진다. 일 실시예로, 표적 고정부(미도시)는 컨테이너에 표적(T)을 침지시켜 고정할 수 있으며, 표적(T)이 침지된 액체는 물일 수 있다.
도 3(a) 및 도 3(c)로 예시된 실시예에서, 이미징 프로브(200)는 Y 축을 따라 이동하며, 연산부(146)는 이동하는 각 위치에서 얻은 광음향/초음파 이미지를 누적(stack)하여 체적 이미지를 형성한다.
전동식 스테이지(미도시)가 이미징 프로브(200)를 Y 방향으로 이동하는 한 스텝 크기는 초음파 트랜스듀서 어레이의 -6dB 높이 빔 폭보다 작은 값일 수 있다. 일 예로, 이미징 프로브(200)가 Y 방향으로 이동하는 한 스텝 크기는 0.5mm 보다 작은 값일 수 있다.
이미징 프로브(200)가 표적(T)에 레이저 및 초음파를 제공하여 스캔하는 폭(w)은 표적(T)의 폭보다 작을 수 있다. 이러한 경우에는 표적(T)이 고정된 상태에서 복수회 스캐닝을 수행하여 표적(T) 전체의 광음향 영상, 초음파 영상을 얻을 수 있다.
도 3(c)로 예시된 것과 같이 이미징 프로브(200)가 레이저 및 초음파를 제공하여 스캔하는 과정은 상술한 이미징 프로브(200)의 높이가 타겟의 윤곽 프로파일에 상응하도록 조절되면서 수행될 수 있다. 따라서, 도 3(c)의 우측에 도시된 것처럼 이미징 프로브(200)의 초점(Focus)이 윤곽 프로파일에 상응하도록 조절되면서 이미징이 수행된다. 이로부터 종래 기술에 비하여 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있다.
표적(T) 전체를 이미지화하기 위해 스캔을 수행하고 각 스캔의 결과에서 얻은 광음향 이미지 및 초음파 이미지는 컴퓨터 소프트웨어로 병합되어 3D 이미지로 형성된다. 일 실시예로, 복수회 스캔을 수행하여 표적(T) 전체를 이미지화할 수 있다. 일 실시예로, 3D 이미지는 컴퓨터 소프트웨어로 얻을 수 있다.
일 실시예로, 컴퓨터 소프트웨어는 윤곽 스캔을 통해 표적(T)과 동일한 높이로 획득한 광음향 및 초음파 이미지의 원래 윤곽 구조 정보를 복구하기 위해 윤곽 높이에 따라 이미지 높이를 조정한 후에 복수의 스캔 결과를 병합할 수 있다.
표적(T) 전체의 광음향 이미지/초음파 이미지로 체적 이미지를 구하고, 표적의 필수 구조를 추출한다. 초음파 체적 이미지는 밝기에 따라 피부(고 에코, hyperechoic), 뼈(고 에코이나, 아래에는 비에코), 혈관(고 에코이나, 내부는 비에코) 다양한 구조를 보인다.
도 4(a)는 초음파 체적 이미지로부터 피부 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다. 초음파 피부 이미지는 밝기 정보로부터 매끄러운 표면을 감지하여 피부 위치를 검출하여 획득한다. 일 예로, 매끄러운 표면 검출은 상술한 컴퓨터 소프트웨어로 수행될 수 있다.
도 4(b)는 초음파 체적 이미지로부터 뼈 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다. 초음파 영상에서 뼈는 피부 보다 어두우나, 밝은 점으로 나타난다. 피부 정보를 얻은 후, 피부의 밝기를 낮추고 뼈의 밝기를 높이는 픽셀 강도 조정 프로세스를 수행한 후, 소프트웨어 상에서 뼈를 검출할 수 있다. 일 예로, Log-Gabor filter를 거쳐 뼈의 경계면을 검출하거나, 픽셀 강도를 반전시킨 후 뼈의 아랫부분의 윤곽을 컴퓨터 소프트웨어로 검출하여 뼈의 이미지를 얻을 수 있다.
도 4(c)는 초음파 체적 이미지로부터 혈관 이미지를 구성한 예를 도시한 도면이다. 초음파 이미지에서 혈관 내부는 어둡게(낮은 밝기) 도시된다. 색상을 반전하면 혈관 내부는 밝아지며, 혈관 내부의 혈액에 상응하는 픽셀들이 혈관의 형태로 이어져 있는지 여부를 프란지 필터(Frangi filter)를 통하여 파악하여 이로부터 혈관 이미지를 얻을 수 있다.
도 5는 표적(T)인 발의 미세혈관에 대한 광음향 이미지를 도시한 예이다. 레이저 조사부(220)가 제공한 레이저광은 표적(T)에 제공되어 표적(T) 내부로 침투한다. 표적(T) 내부의 조직들은 침투한 레이저광을 흡수하고, 초음파 대역의 신호를 외부로 제공한다. 연산부(146)는 이와 같이 형성된 초음파 대역의 신호를 검출하여 광음향 이미지를 형성한다.
그러나, 표적(T)에 제공된 레이저 광은 산란되고, 피부 아래로 침투하는 깊이가 커질수록 광의 세기가 감소하므로, 충분한 신호 크기를 가지는 이미지를 형성하기 위하여 배경 신호에 대한 신호 처리를 수행한다. 표적(T)에 제공된 레이저 광에 의하여 혈관 주변 조직에 의한 배경 신호가 형성되며 배경 신호를 형성하는 레이저도 혈관 주변 조직에 제공되는 레이저와 동일한 경향으로 감쇠할 것으로 예측된다.
따라서, 혈관 신호를 제외하고 배경 신호를 추출하여 대푯값을 연산하고, 이 표적(T)내 위치에 대한 대푯값의 경향을 파악하면 빛의 감쇠 경향을 파악할 수 있다. 일 예로 배경 신호의 대푯값은 일정한 영역 내 배경 신호 크기의 평균값일 수 있다.
따라서, 대푯값의 경향은 표적(T)내 투과된 레이저 광의 감쇠 경향에 상응하며, 이로부터 표적(T) 내 조직 영상을 보상하여 이미지를 형성하면 도 5에 도시된 표적(T) 내 혈관 이미지와 같다. 일 예로, 상기 보상 방법은 광음향 조직 영상에 나타나는 픽셀 강도를 대푯값의 경향으로 나누어 수행할 수 있다.
실험예
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예의 실험예를 살펴본다. 도 6(a)는 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 초음파 이미지(US)와 광음향 이미지(PA)이다. 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 종래 기술에 의하면 노란색 파선으로 도시된 초점면보다 아래에 표적이 위치하여 이미징되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 실시예에 의하면 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이미징 프로브가 이동하여 표적의 이미징을 수행하므로 초점면에 맞추어 표적을 이미징한다.
따라서, 도 6(b)에서 형성된 이미지가 도 6(a)로 예시된 종래 기술에 따라 얻어진 이미지에 비하여 높은 해상도 및 높은 신호 강도를 가지는 것을 알 수 있다.
도 6(c) 좌측의 도면은 종래 기술에 따라 이미징 프로브를 직선으로 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다. 도 6(d) 좌측의 도면은 본 이미징 프로브를 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 획득한 광음향 이미지로 형성된 혈관의 이미지(PA)이고, 우측의 도면은 광음향 이미지로 형성된 산소포화도(PA-sO2)의 도면이다.
도 6(c) 및 도 6(d)를 참조하면, 종래 기술에 비하여 본 실시예에 따라 획득한 혈관의 광음향 이미지 및 산소흡수도 이미지가 보다 높은 세부 사항(detail)을 도시하여 높은 해상도를 가지며 실제 산소포화도에 가까운 값을 도시하는 것을 알 수 있다.
도 7(a)는 종래 기술의 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 전체 헤모글로빈 농도(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)을 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 본 실시예에 따라 표적(T) 내 조직 영상을 보상한 광음향 이미지(PA) 기법으로 획득한 전체 헤모글로빈(HbT), 산소포화도(sO2), 피하 혈관 깊이(Depth)을 나타낸 도면이다.
일 예로, 전체 헤모글로빈 농도(HbT) 및 산소포화도(sO2)는 산화 및 비산화 헤모글로빈의 광흡수도가 레이저 파장에 따라 다르다는 점을 이용한다. 두 개 이상의 파장의 레이저 광(본 실시예에서는 네 개의 파장)을 조사하여 획득 및 형성한 광음향 이미지를 선형 방정식을 이용해 각 픽셀에서의 산화 및 비산화 헤모글로빈의 농도를 계산할 수 있고, 산화 및 비산화 헤모글로빈 농도를 더하면 전체 헤모글로빈 농도(HbT)이며 산화 헤모글로빈 농도를 전체 헤모글로빈 농도로 나눠주면 산소포화도(sO2)를 계산할 수 있다.
일 예로, 피하 혈관 깊이(depth)는 초음파 혹은 광음향 영상으로부터 피부의 위치를 검출하고, 각 혈관에 해당하는 픽셀의 위치를 피부 픽셀의 위치로부터 수직 거리로 계산하여 나타낼 수 있고, 광음향 영상으로부터 피부의 위치를 검출할 경우에는 앞서 헤모글로빈의 예시와 마찬가지로 피부 내에 존재하는 멜라닌 성분의 광흡수도를 이용하여 두 개 이상의 파장의 레이저 광으로부터 획득한 광음향 이미지를 선형 방정식을 이용해 풀어 멜라닌이 분포하는 형상을 통해 피부의 위치를 검출할 수 있다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 전체 헤모글로빈 농도(HbT)를 나타낸 도면과, 산소포화도(sO2) 및 피하 조직(Depth)을 나타낸 도면에서 표적(T) 내 조직 영상을 보상한 본 실시예에 따라 형성된 이미지가 더욱 양호한 해상도를 가지는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 서로 다른 네명으로부터 본 실시예 따라 다섯 번 측정하고 평균값을 얻어서 도시한 전체 헤모글로빈 농도(HbT), 산소포화도(sO2), 혈관 밀도(vessel density) 및 평균 깊이(mean depth)를 도시한 도면이다. 일 예로, 전체 헤모글로빈 농도(HbT), 산소포화도(sO2), 평균 깊이(mean depth) 수치는 각각 전체 헤모글로빈 농도(HbT) 이미지를 기준으로 미리 정해진 문턱값(threshold value) 이상인 픽셀들을 선별하여, 선별된 픽셀 위치에 있는 헤모글로빈 농도(HbT), 산소포화도(sO2), 깊이(depth) 값의 평균값으로 계산될 수 있다. 일 예로, 혈관 밀도(vessel density)는 헤모글로빈 농도(HbT) 이미지를 기준으로 미리 정해진 문턱값(threshold value) 값 이상인 픽셀들이 차지하는 총 면적을 표적(T)의 전체 면적으로 나누어주어 계산될 수 있다.
도 8로 도시된 것과 같이 서로 다른 네 명으로부터 측정한 결과는 크게 편차가 발생하지 않았음을 알 수 있다. 따라서, 이러한 실험 결과로부터 본 실시예는 반복 재현 가능성이 높은 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 광음향 및 초음파 이미징 장치 120: 레이저 광원부
140: 초음파부 142: 초음파 원
146: 연산부 200: 이미징 프로브
220: 레이저 조사부 240: 초음파 트랜스듀서
T: 표적
S100~S300: 본 실시예에 의한 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법의 개요적 각 단계.
140: 초음파부 142: 초음파 원
146: 연산부 200: 이미징 프로브
220: 레이저 조사부 240: 초음파 트랜스듀서
T: 표적
S100~S300: 본 실시예에 의한 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법의 개요적 각 단계.
Claims (23)
- 레이저를 형성하는 레이저 광원부;
초음파 생성 신호를 형성하는 초음파 원;
상기 레이저를 제공받고 표적에 조사하는 레이저 조사부와, 상기 초음파 생성 신호를 제공받고 상기 표적에 초음파를 조사하고, 상기 표적에서 형성 및 반사된 광음향 및 초음파 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 이미징 프로브; 및
상기 초음파 트랜스듀서가 검출한 초음파 신호로부터 상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지와 상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 연산부를 포함하고,
상기 연산부는 상기 초음파 트랜스듀서가 상기 표적에 조사된 초음파로부터 상기 표적의 윤곽 프로파일을 획득하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 레이저를 형성하는 레이저 광원부;
초음파 생성 신호를 형성하는 초음파 원;
상기 레이저를 제공받고 표적에 조사하는 레이저 조사부와, 상기 초음파 생성 신호를 제공받고 상기 표적에 초음파를 조사하고, 상기 표적에서 형성 및 반사된 광음향 및 초음파 신호를 검출하는 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 이미징 프로브; 및
상기 초음파 트랜스듀서가 검출한 초음파 신호로부터 상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지와 상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 연산부를 포함하고,
상기 광음향 및 초음파 이미징 장치는
거리 센서를 더 포함하며,
상기 거리 센서는 상기 표적과의 거리를 검출하고,
상기 연산부는 상기 거리 센서가 검출한 거리로부터 상기 표적의 윤곽 프로파일을 획득하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광음향 및 초음파 이미징 장치는
거리 센서를 더 포함하며,
상기 거리 센서는 상기 표적과의 거리를 검출하고,
상기 연산부는 상기 거리 센서가 검출한 거리로부터 상기 표적의 윤곽 프로파일을 획득하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이미징 프로브는
상기 표적의 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 상기 레이저와 상기 초음파를 조사하고,
상기 연산부는 상기 윤곽 프로파일에 따라 이미지 높이를 조정하여 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 광원부는 서로 다른 두 개 이상의 파장의 레이저를 형성하여 제공하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지는
상기 표적의 피부, 배경 조직 및 혈관 중 어느 하나 이상에 대한 이미지인 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파에 의한 상기 표적 내 조직의 이미지는
상기 표적 내의 혈관에 대한 이미지, 상기 표적의 피부 이미지 및 상기 표적의 뼈 이미지 중 어느 하나 이상인 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 트랜스듀서는,
상기 초음파를 상기 표적에 제공하는 어레이로 배치된 복수개의 트랜스듀서를 포함하는 광음향 및 초음파 이미징 장치.
- 삭제
- 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초음파 원은
상기 레이저 광원과, 상기 초음파 트랜스듀서(transducer)를 제어하여 조사되는 상기 초음파와 상기 레이저가 동기화하여 조사되도록 제어하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광음향 및 초음파 이미징 장치는,
상기 표적이 배치되는 검사대를 더 포함하며,
상기 검사대는
상기 표적을 고정하는 표적 고정부와,
상기 이미징 프로브를 상기 표적위에 배치 및 이동시킬 수 있는 이동 구조 및
상기 표적과 상기 이미징 프로브 사이에 초음파 및 광음향 신호를 전달할 수 있는 매질이 채워진 컨테이너를 포함하는 광음향 및 초음파 이미징 장치. - 표적의 광음향 이미지 및 초음파 이미지를 형성하는 방법으로, 상기 방법은:
(a) 상기 표적의 윤곽 프로파일을 형성하는 단계와,
(b) 상기 윤곽 프로파일에 따라 상기 표적에 레이저 광과 초음파를 제공하는 단계 및
(c) 상기 레이저 광과 상기 초음파에 의해 발생한 광음향 및 초음파 신호를 검출하여 상기 표적의 상기 광음향 이미지 및 상기 초음파 이미지를 형성하는 단계를 포함하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (a)단계는,
초음파 트랜스듀서 및 거리 센서 중 어느 하나로 상기 표적과의 거리를 연산하여 상기 표적의 윤곽 프로파일을 형성하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 표적과 초음파 트랜스듀서 사이의 거리를 일정하게 유지하여 수행하고, 상기 표적과 레이저 조사부 사이의 거리를 일정하게 유지하여 수행하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (b) 단계는,
상기 표적의 전체에 대한 윤곽 프로파일을 형성한 후 수행되는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (a) 단계는,
상기 표적의 일정 영역에 대하여 수행되고,
상기 (b) 단계는, 상기 일정 영역에 대한 윤곽 프로파일에 따라 이동하여 수행되는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 표적의 상기 광음향 이미지를 형성하는 단계는,
주변 조직에 대한 배경 신호를 검출하는 단계와,
상기 배경 신호의 대푯값을 연산하는 단계 및
상기 배경 신호의 대푯값으로부터 상기 표적의 영상을 보상하여 수행하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제17항에 있어서,
상기 대푯값은 상기 배경 신호 밝기의 평균값인 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제17항에 있어서,
상기 표적의 영상을 보상하는 단계는 상기 대푯값을 상기 광음향 이미지의 픽셀 강도에서 나누어서 수행하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 윤곽 프로파일에 따라 이미지 높이를 조정하여 상기 표적 내 조직의 이미지를 형성하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (b) 단계에서
상기 초음파와 상기 레이저는 동기화하여 조사되는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 (b) 단계는 서로 다른 파장을 가지는 두 개 이상의 레이저 광을 조사하여 수행하고,
상기 (c) 단계는, 조사된 상기 서로 다른 파장을 가지는 두 개 이상의 레이저 광에 의한 광음향 이미지를 형성하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법은,
(d) 상기 광음향 및 초음파 이미지로부터 헤모글로빈 농도, 혈중 산소포화도, 혈관 분포 밀도 및 혈관 깊이에 대한 수치를 산출하는 단계를 더 포함하는 광음향 이미지 및 초음파 이미지 형성 방법.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210105598A KR102636714B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 |
| JP2023543082A JP2024507064A (ja) | 2021-08-10 | 2021-09-02 | 光音響および超音波の撮像装置、ならびに画像形成方法 |
| CN202180092899.2A CN117295452A (zh) | 2021-08-10 | 2021-09-02 | 光声和超声成像设备以及图像形成方法 |
| PCT/KR2021/011871 WO2023017891A1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-09-02 | 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210105598A KR102636714B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230023457A KR20230023457A (ko) | 2023-02-17 |
| KR102636714B1 true KR102636714B1 (ko) | 2024-02-14 |
Family
ID=85200718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210105598A KR102636714B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024507064A (ko) |
| KR (1) | KR102636714B1 (ko) |
| CN (1) | CN117295452A (ko) |
| WO (1) | WO2023017891A1 (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010012295A (ja) | 2009-09-14 | 2010-01-21 | Toshiba Corp | 生体情報映像装置 |
| JP2012187394A (ja) | 2011-02-22 | 2012-10-04 | Fujifilm Corp | 光音響計測装置及び光音響信号検出方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101563035B (zh) * | 2006-12-19 | 2012-08-08 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 组合光声和超声成像*** |
| CA2861979C (en) * | 2012-01-23 | 2022-05-24 | Tomowave Laboratories, Inc. | Laser optoacoustic ultrasonic imaging system (louis) and methods of use |
| KR101583302B1 (ko) * | 2014-04-18 | 2016-01-07 | 부경대학교 산학협력단 | 진단 치료 겸용 광융합형 초음파기기 |
| KR101956308B1 (ko) * | 2016-11-04 | 2019-03-08 | 서강대학교산학협력단 | 광음향 영상의 배경 노이즈를 제거하는 시스템 및 그 방법 |
-
2021
- 2021-08-10 KR KR1020210105598A patent/KR102636714B1/ko active IP Right Grant
- 2021-09-02 CN CN202180092899.2A patent/CN117295452A/zh active Pending
- 2021-09-02 WO PCT/KR2021/011871 patent/WO2023017891A1/ko active Application Filing
- 2021-09-02 JP JP2023543082A patent/JP2024507064A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010012295A (ja) | 2009-09-14 | 2010-01-21 | Toshiba Corp | 生体情報映像装置 |
| JP2012187394A (ja) | 2011-02-22 | 2012-10-04 | Fujifilm Corp | 光音響計測装置及び光音響信号検出方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| "Three-dimensional clinical handheld photoacoustic/ultrasound scanner", Vol. 18, 2020 |
| "Three-dimensional Multistructural Quantitative Photoacoustic and US Imaging of Human Feet in Vivo", Radiolog, Vol.303, No.2(2022.2.22.) |
| "In Vivo Dual-Modal Photoacoustic and Ultrasound Imaging of Sentinel Lymph Nodes Using a Solid-State Dye Laser System". Sensors, 2020, 20(13), 3714* |
| Microvascular quantification based on contour-scanning photoacoustic microscopy. J Biomed Opt. 2014 Sep;19(9) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024507064A (ja) | 2024-02-16 |
| CN117295452A (zh) | 2023-12-26 |
| WO2023017891A1 (ko) | 2023-02-16 |
| KR20230023457A (ko) | 2023-02-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lee et al. | Three-dimensional clinical handheld photoacoustic/ultrasound scanner | |
| US20210321874A1 (en) | Transcranial photoacoustic/thermoacoustic tomography brain imaging informed by adjunct image data | |
| JP7279957B2 (ja) | 定量的撮像システムおよびその使用 | |
| CN110291390B (zh) | 重建2d或3d图像的pact***和方法 | |
| US8715187B2 (en) | Systems and methods for automatically identifying and segmenting different tissue types in ultrasound images | |
| US20200268253A1 (en) | Photoacoustic computed tomography (pact) systems and methods | |
| KR102054382B1 (ko) | 피검체 정보 취득장치 및 그 제어 방법 | |
| Asao et al. | Photoacoustic mammography capable of simultaneously acquiring photoacoustic and ultrasound images | |
| Esenaliev et al. | Laser optoacoustic imaging for breast cancer diagnostics: limit of detection and comparison with x-ray and ultrasound imaging | |
| JPH11514549A (ja) | レーザー光学音響画像形成装置 | |
| US10531798B2 (en) | Photoacoustic information acquiring apparatus and processing method | |
| Lafci et al. | Noninvasive multiparametric characterization of mammary tumors with transmission-reflection optoacoustic ultrasound | |
| CN111839730B (zh) | 一种用于引导肿瘤切除的光声成像手术导航平台 | |
| Shiina et al. | Development and clinical translation of photoacoustic mammography | |
| KR101427760B1 (ko) | 근적외선 레이저를 이용한 광음향 이미징 장치 | |
| WO2020187700A1 (en) | Device and method for analyzing optoacoustic data, optoacoustic system and computer program | |
| Huang et al. | Dual-scan photoacoustic tomography for the imaging of vascular structure on foot | |
| US20170265750A1 (en) | Information processing system and display control method | |
| US10064557B2 (en) | Apparatus for acquiring property information on the interior of an object based on an acoustic wave generated from the object irradiated with light | |
| JP2017038917A (ja) | 被検体情報取得装置 | |
| Ermilov et al. | Detection and noninvasive diagnostics of breast cancer with 2-color laser optoacoustic imaging system | |
| KR102636714B1 (ko) | 광음향 및 초음파 이미징 장치 및 이미지 형성 방법 | |
| US10492694B2 (en) | Object information acquisition apparatus | |
| JP2009529948A (ja) | 混濁媒体画像形成装置 | |
| Dantuma et al. | Fully three-dimensional sound speed-corrected multi-wavelength photoacoustic breast tomography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |